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보행보조시스템의 조작 편리성 향상을 위한 사용자의 선속도 및 회전각속도 검출 알고리즘
An Algorithm for Detecting Linear Velocity and Angular Velocity for Improve Convenience of Assistive Walking System 원문보기

재활복지공학회논문지 = Journal of rehabilitation welfare engineering & assistive technology, v.10 no.4, 2016년, pp.321 - 328  

김병철 (한국산업기술대학교 전자공학과) ,  이원영 (한국산업기술대학교 전자공학과) ,  엄수홍 (한국산업기술대학교 전자공학과) ,  장문석 (동의과학대학교 전자과) ,  김평수 (한국산업기술대학교 전자공학과) ,  이응혁 (한국산업기술대학교 전자공학과)

초록
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본 논문에서는 신체의 노화로 인해 보행활동이 제한되는 고령자가 사용하는 전동형 보행보조시스템의 조작 편리성 향상을 위해 기존의 조작 기법인 보행의지 기법과 융합이 가능한 보행상태 기법을 제안한다. 이것은 사용자가 핸들바를 파지하고 있는지 여부를 파악하고 그에 따라 사용자의 보행의지를 판별하는 단순 트리거 신호로 사용한다. 또한 보행의지 파악을 위한 사용자의 보행상태 확인은 레이저 거리 측정 장치를 사용하여 검출된 사용자의 선속도와 회전각속도를 보행보조시스템 중심의 선속도와 회전각속도로 사용한다. 이를 위해 사용자의 양측 다리 중심점을 추정하여 가상의 인체중심점 검출 기법을 제안한다. 실험은 보행자의 선속도 및 회전각속도와 보행 보조시스템 중심의 선속도 및 회전각속도를 비교 분석하는 실험을 진행하였다. 실험 결과, 사용자와 보행보조시스템 중심 간에 선속도와 회전각속도의 오차율은 각각 1%와 2.77%로 나타냈으며, 이는 사용자의 선속도와 회전각 속도를 보행보조시스템의 양측구동기, 속도산출기에 적용이 가능한 것으로 확인했다. 이를 통해 본 논문에서 제안하는 보행의지 기법과 보행상태 기법을 융합한다면 사용자가 보행보조시스템에 끌려가는 현상과 조작 미숙으로 인한 오작동 등이 예방 가능할 것으로 확인되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose a walk status method which can be fused with conventional walk intention method to improve convenience of an electric assistive walking system for elder people with restricted walking capabilities. The system uses a handlebar as a trigger and regards grabbing a handlebar as...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 사용자의 개개인에 대한 실험 결과는 비슷한 결과를 낸다. 따라서본 논문에서는 사용자의 선속도와 회전각속도를 추정하는 알고리즘의 결과를 제시한다.
  • 이를 위해서는 사용자의 다리 표면이 아닌 양측 다리의 중심점 사이에 위치해 있다는 것을 기초로 하여 인체중심점을 추정해야 한다. 본 논문에서는 LRF의 원시 데이터를 사용하여 가상의 인체중심점을 추정하기 위한 다리의 중심점 추정하는 방법을 제안한다. 이것은 그림 1과 같은 처리 과정으로 이루어져야 한다.
  • 본 논문에서는 이러한 보행보조시스템 조작의 문제점인 사용자가 보행보조시스템에 끌려가는 현상과 조작 미숙으로 인한 오작동 등을 예방하기 위해 기존 보행보조시스템에 적용된 보행의지 기법에 융합이 가능한 보행상태 기법을 제안한다. 그리고, 기존 연구에서는 LRF를 사용하여 사용자의 선속도만 검출하였지만, 본 논문에서는 사용자의 선속도 뿐만 아니라 회전각속도까지 검출하는 기법을 제안한다.
  • 본 논문에서는 전동형 보행보조시스템의 조작편리성 향상을 위해 LRF를 이용하여 사용자의 양축 다리 중심점을 추정하여 인체중심점을 검출하고, 사용자의 선속도와 회전각속도를 추정하는 알고리즘을 제안하였다. 실험 결과 선속도와 회전각속도의 오차율을 1%, 2.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전동형 보행보조시스템의 조작방식은 어떤것들이 있는가? 이것은 보완하기 위해 최근에 동력을 이용하는 전동형 보행보조시스템이 개발되고 있다[4-5]. 이것의 조작 방식은 사용자의 보행 의지, 보행 상태, 그리고 두 가지를 융합하는 방식으로 나뉜다[6-8].
보행보조기의 단점은 무엇인가? 보행보조기의 경우 사용자의 힘에 의해 조작되는 수동형이 대다수를 이루고 있어 사용자가 장시간 사용, 경사로 보행 등에서 피로 누적을 호소할 뿐만 아니라 둔덕 및 장애물 회피와 같은 위험상황 발생시 대응이 느리다는 단점이 있다. 이것은 보완하기 위해 최근에 동력을 이용하는 전동형 보행보조시스템이 개발되고 있다[4-5].
신체의 노화에 의한 하지근력의 약화로 인한 보행활동의 제약을 극복하기 위한 기구는 어떤것들이 있는가? 그러나 신체의 노화에 의해 하지 근력의 약화되어 보행활동의 제약으로 이어질 수 있다[1]. 이를 극복하기 위해 전동스쿠터나 전동휠체어, 보행보조기를 이용하고 있다. 전동스쿠터나 전동휠체어는 이동을 위한 이동 대체 기기이기 때문에 보행자의 하지 근력을 강화시키는 기능이 없지만, 보행보조기은 보행에 대한 자립심을 키우고, 하지 근력을 강화시키기 위한 재활 기기로 이용되기도 한다[2-3].
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참고문헌 (14)

  1. K. H. Jeon, "The 2004 Survey on the Living Profile and Welfare Service Needs of Older Persons: Results and Policy Implications", Korea institute for Health and Social Affairs, Health and Welfare Policy Forum, pp. 50-56, 2005. 

  2. K. J. Chun, "Silver Engineering Technology", Journal of the Korean Society for Precision Engineering, vol. 21, no. 1, pp. 11-16, 2004. 

  3. K. T. Jeon, J. H. Kim, K. J, Jeon, B. H. Won and J. S. Hong, "Usability Evaluation for Senior Friendly Products", Fall Conference of Ergonomics Society of Korea, pp. 44-50, 2007. 

  4. H. M, Shim, Ch. Y. Chung and E. H. Lee, "Technology of Intelligent Walking Assisted Robot for Life Support of The Aged", The Magazine of the IEEK, vol. 33, no. 7, pp. 26-41, 2006. 

  5. H. J. Choi, S. J. Kang, C. Y. Kwon, J. Ch. Ryu, S. M. Lee and M. S. Mun, "Research of Elderly Gait-assistant -robot Control System", Journal of Institute of Control, Robotics and System, vol. 16, no. 9, pp. 823-826, 2010. 

  6. D. K. Lee, J. S. Kong, O. S. Kwon, E. S. Nam and E. H. Lee, "Walk assistance robot develop -ment that grasp of walk will for old man and disabled person", Information and Control Symposium, pp. 236-237, 2008. 

  7. Y. Hirata, A. Muraki and K. Kosuge, "Moition Control of Intelligent Walker based on Renew of Estimation Parameters for User State", Intermational Conference on Intelligent Robots and Systems, pp. 1050-1055, 2006. 

  8. M. F. Chang, W. H. Mou, C, K Liao and L. Ch. Fu, "Design and Implementation of an Active Robotic Walker for Parkinson's Patients", SICE Annual Conference, pp. 2068-2073, 2012. 

  9. J. S. Kong, D. K. Lee, Y. S. Nam, B. H. Lee, and E. H. Lee, "Optimized Walking Will Recognizing System of the Walking Aid with the Fuzzy Algorithm", Journal of Korean Institute of Intelligent System, vol. 18, no. 5, pp. 692-699, 2008. 

  10. M. J. Park and J. Y. Kim, "Development of Intelligent Walking Assistive Robot Using Stereo Cameras", Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers-A, vol. 38, no. 8, pp. 837-848, 2014. 

  11. C. A. Cifuentes and C. Rodriguez and A. Frizera-Neto, "Multimodal Human-Robot Inter action for Walker-Assisted Gait", IEEE Systems Journal, pp. 1-11, 2014. 

  12. B. Ch. Kim, H. S. Lee, W. Y. Lee and E. H. Lee, "A Study on Centric Point Estimation Method of Leg Sections in a User by Improving of Easy Control for Rollator", Information and Control Symposium, pp. 102-103, 2015. 

  13. H. S. Kim, "Design development of Walking Device for Old People, 2007. 

  14. B. M. Kim, W. Y. Lee, E. H. Lee, and E. H. Lee, "Folding electric rollator production for the elderly", RESKO Technical Conterence 2016, pp. 61-70, 2014. 

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